Analyse en ligne de composés azotés dans les Matrices d'hydrocarbures complexes

L'objectif général de cette expérience est de détecter et de quantifier des composés contenant de l'azote dans une matrice d'hydrocarbures complexe. Cette méthode répond à des questions dans le domaine du génie chimique et de l'industrie pétrochimique, telles qu'une analyse complète du courant de sortie d'un craqueur à vapeur ou d'autres flux pétrochimiques. Le principal avantage de cette technique est qu'elle est complète et quantitative.

Les implications de cette technique s'étendent au spectre de détection des produits de suivi de la vapeur, car elle permet une analyse quantitative fiable des composés contenant de l'azote dans le courant de sortie du réacteur. Cette méthode fournit des informations sur la chimie des hydrocarbures contenant de l'azote, mais elle peut également être appliquée à d'autres procédés, tels que la pyrolyse rapide de la biomasse. En général, les chercheurs novices dans cette méthode rencontreront des difficultés liées à l'échantillonnage à haute température.

Pour commencer cette procédure, peser deux vials en verre à l’aide d’une balance analytique et noter les valeurs mesurées. Ajouter environ 25 milligrammes de l’étalon interne, la 2-chloropyridine, dans le premier vial. Ensuite, tarer la balance avec le premier vial et ajouter environ 1 100 milligrammes d’un échantillon d’huile de schiste.

Agiter doucement le flacon pour mélanger le mélange. Placer le deuxième flacon sur la balance et tarer la balance. Transférer environ 25 milligrammes du mélange préparé dans le deuxième flacon, puis ajouter environ 450 milligrammes de l'échantillon d'huile de schiste d'origine.

Effectuez l'analyse GC-NCD bidimensionnelle à l'aide d'un appareil de chromatographie gazeuse bidimensionnelle équipé d'un module cryogénique à deux étages utilisant du dioxyde de carbone liquide. Reliez d'abord la colonne non polaire PONA de première dimension directement à la colonne polaire intermédiaire BPX50 de seconde dimension. Appliquez les conditions opératoires bidimensionnelles optimisées pour la détection de composés azotés dans l'huile de schiste en réglant les paramètres dans le logiciel.

Pour le DCPN, réglez les débits à cinq et onze millilitres par minute respectivement pour l'hydrogène et l'oxygène, tout en maintenant la température du brûleur à 925 degrés Celsius sur le contrôleur plasma double du détecteur. Ensuite, injectez l'échantillon à l'aide du distributeur automatique en lançant l'analyse via le logiciel. Pendant l'expérience d'analyse en ligne, alimentez en heptane et en eau à l'aide d'une pompe rotative contrôlée par ordinateur en réglant le débit à l'aide du contrôleur logique programmable, ou API, et introduisez la pyridine dans la section de convection du réacteur en réglant manuellement la vitesse de la pompe à piston.

Avant la section de réaction du four, évaporer et mélanger la matière première dans deux zones chauffées séparément maintenues à une température de 500 degrés Celsius. Appliquer ensuite un profil de température au réacteur en acier allié de 12,4 mètres de long et de 9 millimètres de diamètre interne en réglant les températures dans les cinq zones chauffées à l’aide du API. Puis ajouter de l’azote liquide à l’intérieur du four de chromatographe en phase gazeuse pour abaisser la température à moins 40 degrés Celsius.

Pour le NDC, régler manuellement les débits à 5 et 11 millilitres par minute respectivement pour l'hydrogène et l'oxygène, tout en maintenant la température du brûleur à 925 degrés Celsius. Ensuite, prélever l'effluent de l'unité pilote en ligne entre 400 et 500 degrés Celsius en positionnant d'abord la vanne pneumatique 6 voies 2 positions en position de purge à l'aide du API, puis rincer la boucle d'échantillonnage pendant au moins deux minutes. Après cela, placer la vanne pneumatique 6 voies 2 positions en position d'injection à l'aide du API.

Pour la préparation de l'étalon interne, dissoudre deux chloropyridines dans de l'hexane n et agiter manuellement le mélange. Ajouter l'étalon interne de manière continue en pompant le mélange préparé à travers une ligne de transfert capillaire positionnée au centre du flux de produit, avant le système d'échantillonnage. Le chromatogramme obtenu à l'aide de la chromatographie en deux dimensions hors ligne GC-NCD pour la caractérisation des composés azotés présents dans l'huile de schiste est montré ici.

Plusieurs composés ont été identifiés et leurs concentrations ont été déterminées. L'échantillon analysé contenait 4,21 pour cent en poids de composés azotés, appartenant principalement à la classe des pyridines. Une analyse en chromatographie en deux dimensions en ligne couplée à une spectrométrie de masse à temps de vol (GC tof MS) du courant sortant du réacteur pendant la pyrolyse d'un mélange de pyridine et d'heptane a été utilisée afin d'identifier les produits de réaction et d'établir les temps de rétention des composés pour les conditions chromatographiques sélectionnées.

L'analyse en chromatographie en phase gazeuse bidimensionnelle avec détection par ionisation de flamme (GC FID) a été utilisée pour déterminer la composition du courant entrant du réacteur en utilisant de la vapeur comme diluant. Les concentrations des produits obtenus sont indiquées ici. La méthode en ligne de chromatographie en phase gazeuse bidimensionnelle avec détection par azote et phosphore (GC-NCD) a été testée dans des conditions choisies afin d'éviter la décomposition de la pyridine, et une concentration de pyridine de 819 parties par million en poids a été mesurée à l'aide de la réponse du détecteur obtenue et de la concentration connue de l'étalon interne.

L'erreur relative de la mesure était inférieure à trois pour cent. Les chromatogrammes bidimensionnels FID et GC-NCD d'une expérience de craquage à la vapeur d'heptane avec pyridine sont présentés ici. Plusieurs composés contenant de l'azote ont été détectés, et la concentration en azote ainsi que le débit affluent de la réaction ont été déterminés à 124,5 parties par million en masse, ce qui correspond à un taux de récupération de l'azote de 98,5 pour cent.

Une fois maîtrisée, cette technique peut produire des résultats précis, même pour des concentrations infimes de composés contenant de l'azote. Lors de la réalisation de cette procédure, il est important de se rappeler d'ajouter une quantité d'étalons internes permettant d'obtenir une concentration similaire à celle des produits détectables. Après son développement, cette technique a ouvert la voie aux chercheurs dans le domaine de la cinétique chimique de la paralysie des hydrocarbures contenant de l'azote.

Et cela avec une précision nettement plus élevée. Après avoir visionné cette vidéo, vous devriez avoir une bonne compréhension de la manière d'éviter la discrimination des composés à point d'ébullition élevé lors de l'échantillonnage en ligne. La forte puissance de séparation d'une chromatographie en phase gazeuse bidimensionnelle, combinée à un détecteur très sensible et sélectif, nous permet d'aller bien au-delà de l'état de l'art, et fournit des résultats quantifiables, précis et reproductibles.

N'oubliez pas que le travail avec des composés contenant de l'azote peut être extrêmement dangereux. Les solutions et les échantillons doivent être préparés dans un endroit bien ventilé.